JPH0631911A - Method and device for stabilizing spatial position of liquid free surface - Google Patents
Method and device for stabilizing spatial position of liquid free surfaceInfo
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- JPH0631911A JPH0631911A JP5118164A JP11816493A JPH0631911A JP H0631911 A JPH0631911 A JP H0631911A JP 5118164 A JP5118164 A JP 5118164A JP 11816493 A JP11816493 A JP 11816493A JP H0631911 A JPH0631911 A JP H0631911A
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、音響印刷(アコーステ
ィック・プリンティング)に係る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to acoustic printing.
【0002】[0002]
【従来の技術】種々のインクジェット印刷技術が開発さ
れている。音響インクプリンティング(AIP)と称す
る1つの技術では、記録媒体上に像を形成するのに音響
エネルギーが使用される。液体インクの自由表面の付近
に音響エネルギーのバーストを収束することによりイン
ク小滴が記録媒体に向けて放出される。2. Description of the Related Art Various inkjet printing techniques have been developed. One technique, called acoustic ink printing (AIP), uses acoustic energy to form an image on a recording medium. Ink droplets are ejected toward the recording medium by focusing a burst of acoustic energy near the free surface of the liquid ink.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】明らかなように、音響
インクプリンタは、音響エネルギーの焦点エリアとイン
クの自由表面との間の空間的な関係に敏感である。実際
に、現行の規定では自由表面の約1波長(典型的に約1
0マイクロメータ)以内に焦点エリアを置くように指示
されている。この空間的な分離が許容範囲を越えて増加
した場合は、インク小滴の放出が不充分になるか、間欠
的になるか又は全く生じなくなる。As will be appreciated, acoustic ink printers are sensitive to the spatial relationship between the focal area of acoustic energy and the free surface of the ink. In fact, current regulations state that about one wavelength of the free surface (typically about one wavelength
It is instructed to put the focal area within 0 micrometer. If this spatial separation increases beyond acceptable limits, the ejection of ink droplets will be inadequate, intermittent, or even non-existent.
【0004】所要の空間的関係を維持することは困難で
あるが、小滴の放出率が変化するときには益々困難にな
る。これは、小滴放出率が高い場合にインク自由表面の
静的レベルが空間的に変化することが実験で分かってい
るからである。これは、小滴が放出される自由表面上に
持ち上がるマウンド(小丘)が比較的ゆっくりとした割
合で減衰する結果であると考えられる。従って、公知技
術では、音響焦点エリアとインク自由表面との間の空間
的な関係が不所望なことに小滴放出率に基づいたものと
なる。このような依存性は、高速度のAIPにおいて問
題である。というのは、像が形成されるにつれて小滴放
出率が変化するからである。空間の変化は、液体の粘
性、小滴を放出するのに使用される音響エネルギー及び
小滴放出器の密度といったファクターに基づいている
が、実際には音響波長にほぼ等しい静的な高さ変化に遭
遇する。それ故、音響焦点エリアとインク自由表面との
間の空間的な関係を安定化する技術が有益となる。Maintaining the required spatial relationship is difficult, but increasingly difficult when the drop ejection rate changes. This is because experiments have shown that the static level of the ink free surface varies spatially when the drop ejection rate is high. This is believed to be a result of the mound rising on the free surface from which the droplets are ejected, decaying at a relatively slow rate. Thus, in the prior art, the spatial relationship between the acoustic focus area and the free ink surface is undesirably based on drop ejection rate. Such dependence is a problem in high speed AIP. This is because the drop ejection rate changes as the image is formed. The spatial variation is based on factors such as the viscosity of the liquid, the acoustic energy used to eject the droplets and the density of the droplet ejector, but in practice it is a static height change approximately equal to the acoustic wavelength. Come across. Therefore, techniques for stabilizing the spatial relationship between the acoustic focus area and the ink free surface would be beneficial.
【0005】[0005]
【問題を解決するための手段】本発明は、音響焦点エリ
アと、液体特にインク又は他のマーキング流体の自由表
面との間に放出率に関わりのない空間的関係を形成する
ものである。放出率により生じる空間関係の変化は、小
滴が放出されるか否かに関わりなく実質的に同じ音響エ
ネルギーを液体の自由表面に付与することにより減少又
は排除される。小滴を放出するために液体自由表面に付
与することが要求される音響エネルギー(或いはトラン
スジューサ駆動電圧のような関連パラメータ)が決定さ
れた状態で、同様の量のエネルギーではあるが小滴放出
には不充分なインパルス特性を有するエネルギーが、小
滴を放出しない周期にわたって形成される。トランスジ
ューサの駆動電圧は、測定及び制御がより便利であるか
ら、所望の音響エネルギーパターンを得るように便利に
制御される。本発明の他の特徴は、添付図面を参照した
以下の詳細な説明より明らかとなろう。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention creates an emissivity independent spatial relationship between an acoustic focus area and a free surface of a liquid, especially ink or other marking fluid. The change in spatial relationship caused by the ejection rate is reduced or eliminated by applying substantially the same acoustic energy to the free surface of the liquid whether or not the droplet is ejected. Once the acoustic energy (or related parameter such as the transducer drive voltage) required to be applied to the free surface of the liquid to eject the droplet has been determined, a similar amount of energy will be delivered to the droplet. Energy with insufficient impulse properties is formed over a period that does not eject droplets. The drive voltage of the transducer is conveniently controlled to obtain the desired acoustic energy pattern, as it is more convenient to measure and control. Other features of the present invention will be apparent from the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
【0006】[0006]
【実施例】図1には、本発明による音響インクプリンタ
10が示されている。本発明は、液体インク14の自由
表面12からの小滴20の放出率が変化しても、本体1
8の上面16に対してインクの自由表面12を空間的に
安定化する。小滴放射を誘起する音響エネルギーは、本
体の下面24に取り付けられた複数のトランスジューサ
22の関連する1つから送られる。あるスレッシュホー
ルド電圧VT よりも尖頭値が高い電圧インパルスがRF
ドライバ26からトランスジューサへ入力されると、ト
ランスジューサは、本体18を貫通して関連音響レンズ
30に到達する音響エネルギー28を発生する。音響レ
ンズは、音響エネルギーを自由表面12の付近の小さな
エリア32に収束し、小滴20が放出される。1 shows an acoustic ink printer 10 according to the present invention. The present invention allows the body 1 to maintain the rate of ejection of droplets 20 from the free surface 12 of the liquid ink 14 varying.
Spatially stabilize the free surface 12 of the ink with respect to the upper surface 16 of 8. Acoustic energy that induces droplet emission is delivered from an associated one of a plurality of transducers 22 mounted on the bottom surface 24 of the body. RF is a voltage impulse whose peak value is higher than a certain threshold voltage V T.
Upon input from the driver 26 to the transducer, the transducer produces acoustic energy 28 that penetrates the body 18 and reaches the associated acoustic lens 30. The acoustic lens focuses the acoustic energy into a small area 32 near the free surface 12 and the droplet 20 is ejected.
【0007】正しく測定が行われないと、自由表面12
と上面16との相対的な位置は小滴放出率の関数とな
る。この依存性は、小滴が放射されるか否かに関わりな
く単位時間周期(放出周期)当たり実質的に同じ音響エ
ネルギーを自由表面12に付与することによって減少又
は排除される。不所望な小滴放出を回避するために、例
えば、音響エネルギーの巾を増加しながらそのピークレ
ベルを減少することにより、音響エネルギーの特性が変
えられる。放出周期TP は、最大小滴放出率の逆数であ
り、小滴が放出されるときに形成されるマウンド(図示
せず)の回復時間よりも著しく短くなるように仮定され
る。もちろん、放出周期が回復時間よりも長い場合に
は、安定化は必要とされない。If the measurement is not performed correctly, the free surface 12
The relative position of the and the upper surface 16 is a function of the drop ejection rate. This dependence is reduced or eliminated by applying substantially the same acoustic energy to the free surface 12 per unit time period (emission period) regardless of whether the droplet is emitted or not. To avoid undesired droplet ejection, the properties of the acoustic energy are altered, for example by increasing the amplitude of the acoustic energy while decreasing its peak level. The ejection period T P is the reciprocal of the maximum droplet ejection rate and is assumed to be significantly shorter than the recovery time of the mound (not shown) formed when the droplets are ejected. Of course, stabilization is not required if the release period is longer than the recovery time.
【0008】更に図1を参照すれば、放出周期TP は、
放出論理ネットワーク36及び非放出論理ネットワーク
38に付与される時間ベース34によって制御される。
又、これらネットワークには、各放出周期TP ごとに、
どのトランスジューサ22が小滴20を放出させるかを
指定するプリンタ論理コマンドも入力される。小滴を放
出させるべきトランスジューサに対しては、放出論理ネ
ットワーク36が関連RFドライバ26に信号を供給
し、放出に充分な大きさの音響エネルギーを発生させ
る。小滴を放出させるべきでないトランスジューサに対
しては、非放出論理ネットワーク38がその関連RFド
ライバ26に信号を供給し、同じ音響エネルギーを放出
には不充分な特性で発生させる。Still referring to FIG. 1, the emission period T P is
It is controlled by a time base 34 provided to the emissive logic network 36 and the non-emissive logic network 38.
Also, in these networks, for each emission period T P ,
A printer logic command is also entered that specifies which transducer 22 will eject the droplet 20. For the transducer to eject the droplet, the ejection logic network 36 provides a signal to the associated RF driver 26 to generate sufficient acoustic energy for ejection. For those transducers that should not eject droplets, the non-emissive logic network 38 supplies a signal to its associated RF driver 26, producing the same acoustic energy with insufficient properties for ejection.
【0009】音響エネルギー、ひいては、自由表面の位
置を一定に維持する2つの基本的な方法を、図2の電圧
対時間の波形によって説明する。図示された電圧は、小
滴を放出するために任意のトランスジューサ22に印加
される電圧(上のグラフ)であるか、或いは自由表面を
安定化するために印加される電圧(真ん中及び下のグラ
フ)であり、これらは、トランスジューサに電圧を印加
する前に(時間0に)始まる放出周期TP に対してプロ
ットしたものである。音響エネルギーは駆動電圧から導
出されるので、音響エネルギー波形ではなく電圧波形
(図2のような)を使用するのが正当である。Two basic ways of keeping the acoustic energy and thus the position of the free surface constant are illustrated by the voltage versus time waveform of FIG. The voltage shown is the voltage applied to any transducer 22 to eject droplets (upper graph) or the voltage applied to stabilize the free surface (middle and lower graphs). ), Which are plotted against the emission period T P starting (at time 0) before applying voltage to the transducer. Since the acoustic energy is derived from the drive voltage, it is justified to use a voltage waveform (as in Figure 2) rather than an acoustic energy waveform.
【0010】波形40(上のグラフ)は、小滴放出を生
じるためにトランスジューサに印加される典型的な駆動
信号(インパルス)を表している。ピーク駆動電圧VA
は、小滴を放出する最小電圧即ちスレッシュホールド電
圧VT を充分に越えるので、小滴が放出される。トラン
スジューサに加えられるエネルギーはVA 2 x・tAに
比例し、ここで・tA はパルスの時間巾である。Waveform 40 (upper graph) represents a typical drive signal (impulse) applied to the transducer to produce droplet ejection. Peak drive voltage V A
Is well above the minimum or threshold voltage for ejecting a droplet, V T , so that the droplet is ejected. The energy applied to the transducer is proportional to V A 2 x · t A , where · t A is the duration of the pulse.
【0011】本発明によれば、実質的に同じエネルギー
(VA 2 x・tA に比例する)であるが小滴放出を生じ
ない特性を有するエネルギーがトランスジューサに加え
られる。これを行う1つの方法が波形42(真ん中のグ
ラフ)で示されている。波形42の最大電圧VB はスレ
ッシュホールド電圧VT よりも低く、従って、この波形
は小滴の放出を生じない。しかしながら、トランスジュ
ーサに加えられる全エネルギー(VB 2 x・tB )は、
・tB を適当に増加することによりVA 2 x・tA に比
例するものと実質的に同じにされる。・tB は、TP に
等しくなるまで拡張できると考えられる。According to the invention, energy is added to the transducer which is substantially the same energy (proportional to V A 2 x.t A ) but which has the property of not causing drop ejection. One way to do this is shown by waveform 42 (the middle graph). The maximum voltage V B of waveform 42 is lower than the threshold voltage V T , so this waveform does not cause drop ejection. However, the total energy (V B 2 x · t B ) applied to the transducer is
-By appropriately increasing t B , it is made substantially the same as proportional to V A 2 x · t A. It is considered that t B can be extended until it equals T P.
【0012】小滴を放出せずにトランスジューサに同じ
エネルギー(VA 2 x・tA に比例する)を供給する別
の方法が波形44及び46(下のグラフ)に示されてい
る。この場合は、1つのパルスではなくて、複数の電圧
パルスがトランスジューサに加えられる。加えられる全
エネルギーは、ピーク電圧をVT より充分低く保ちなが
らVA 2 x・tA に比例するものと実質的に等しくされ
る。各パルスの特性は同じである必要がないことが明ら
かであろう。図示されたように、波形44により得られ
るピーク電圧はVC であり、一方、波形46によってV
D が得られる。VC 2 x・tC とVD 2 x・tD の和を
VA 2 x・tA に等しく調整することにより、所望の結
果が得られる。Another method of delivering the same energy (proportional to V A 2 x.t A ) to the transducer without ejecting droplets is shown in waveforms 44 and 46 (graph below). In this case, multiple voltage pulses are applied to the transducer instead of one pulse. The total energy applied is made substantially equal to that proportional to V A 2 x · t A , keeping the peak voltage well below V T. It will be clear that the characteristics of each pulse need not be the same. As shown, the peak voltage obtained by waveform 44 is V C , while waveform 46 causes V
D is obtained. By adjusting the sum of V C 2 x · t C and V D 2 x · t D equal to V A 2 x · t A , the desired result is obtained.
【0013】以上の説明から、本発明の原理に対し多数
の変更や修正が当業者に明らかであろう。それ故、本発
明は特許請求の範囲のみによって限定されるものとす
る。From the above description, numerous changes and modifications to the principles of the invention will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the invention is intended to be limited only by the appended claims.
【図1】本発明の原理による音響インクプリンタの概略
図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an acoustic ink printer according to the principles of the present invention.
【図2】典型的なトランスジューサ駆動電圧対放出周期
の波形を、小滴が放出される周期(上のグラフ)と、小
滴が放出されない周期(真ん中及び下のグラフ)とにつ
いて示した図である。FIG. 2 is a diagram showing typical transducer drive voltage vs. ejection period waveforms for droplet ejection cycles (top graph) and droplet ejection cycles (middle and bottom graphs). is there.
10 音響インクプリンタ 12 自由表面 14 液体インク 16 本体の上面 18 本体 20 小滴 22 トランスジューサ 24 本体の下面 26 RFドライバ 28 音響エネルギー 30 音響レンズ 32 小さなエリア 34 時間ベース 36 放出論理ネットワーク 38 非放出論理ネットワーク 10 Acoustic Ink Printer 12 Free Surface 14 Liquid Ink 16 Body Upper Surface 18 Body 20 Droplet 22 Transducer 24 Body Lower Surface 26 RF Driver 28 Acoustic Energy 30 Acoustic Lens 32 Small Area 34 Time Base 36 Emitting Logical Network 38 Non-Emitting Logical Network
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バトラス ティー クーリー ヤクブ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94306 パロ アルト ドナルド ドライ ヴ 4151 (72)発明者 カルヴィン エフ クウォート アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94305 スタンフォード シドロ ウェイ 859 ─────────────────────────────────────────────────── ───Continued from the front page (72) Inventor Battlas T. Cooley Yakubu California, USA 94306 Palo Alto Donald Drive 4151 (72) Inventor Calvin F Quart, California 94305 Stanford Sidro Way 859
Claims (2)
出の率の変化に対して液体自由表面の空間位置を安定化
する方法において、 a)小滴放出を生じる音響インパルスに関連した基線エ
ネルギーを確立し、 b)小滴が特定時間周期に放出されるかどうかを確認
し、そして c)上記段階a)で決定した小滴放出時と実質的に同じ
基線エネルギーであるが小滴放出を生じるには不充分な
レベルにあるエネルギーを、小滴が放出されない時間周
期に発生するという段階を備えたことを特徴とする方
法。1. A method for stabilizing the spatial position of a liquid free surface against changes in the rate of drop ejection induced by an acoustic impulse, comprising: a) establishing a baseline energy associated with the acoustic impulse causing drop ejection. And b) confirming that the droplets are ejected in a specific time period, and c) producing a droplet ejection with substantially the same baseline energy as at the droplet ejection determined in step a) above. Includes generating an energy at an insufficient level in a time period during which the droplets are not ejected.
面からの小滴放出の率の変化に対して液体自由表面の空
間位置を安定化する装置において、 入力電気エネルギーを音響放射に変換するトランスジュ
ーサと、 上記音響放射を液体の自由表面付近のエリアに収束する
手段と、 時間を複数の放出周期にセグメント化するための時間ベ
ースと、 上記放出周期の各々に小滴を放出すべきかどうかを確認
する手段と、 上記確認手段及び上記トランスジューサに作動的に接続
されたドライバであって、小滴を放出すべき上記放出周
期の各々に液体自由表面から小滴放出を生じるに充分な
音響放射のインパルスを形成するように上記トランスジ
ューサに電気エネルギーを入力すると共に、実質的に同
じ音響放射であるが、小滴を放出すべきでない上記放出
周期の各々に小滴放出を生じるには不充分なインパルス
特性を有するような音響放射を液体自由表面に指向させ
るに充分な電気エネルギーを上記トランスジューサに入
力するドライバとを具備することを特徴とする装置。2. A transducer for converting input electrical energy into acoustic radiation in a device for stabilizing the spatial position of a liquid free surface against changes in the rate of droplet ejection from the liquid free surface induced by acoustic impulses. , A means to focus the acoustic radiation on an area near the free surface of the liquid, a time base for segmenting the time into multiple emission cycles, and see if droplets should be emitted in each of the emission cycles And a driver operatively connected to the confirmation means and the transducer, the impulse of acoustic radiation sufficient to cause droplet ejection from the liquid free surface at each of the ejection cycles at which droplets are to be ejected. Inputting electrical energy to the transducer so as to form a substantially same acoustic emission, but not ejecting droplets. A driver for inputting into the transducer sufficient electrical energy to direct acoustic radiation to the free surface of the liquid that has an impulse characteristic that is insufficient to cause droplet ejection in each of the ejection cycles. Device to do.
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